Laser scanners are widely used for reverse engineering and inspection of freeform parts in industry such as motors, electronic products, dies and molds. Due to the lack of measuring software and positioning device, the laser scanning processes have been erroneous and inconsistent. In order to automate measuring processes, an automated scan plan generation software and a proprietary hardware are developed. In this paper, an automated laser scanning system using a 3-axis motorized stage is proposed. In the scan planning step, scan directions, paths, and the number of scans are generated considering optical and mechanical parameters. In the scanning step, the generated scan plan is downloaded into the laser scanner and the motorized stage and the points on the surface are captured automatically. Finally, the point data set is analyzed to evaluate the performance of the system.
This study examines a non-contact laser scanning-based ultrasound system, called an angular scan pulse-echo ultrasonic propagation imager (A-PE-UPI), that uses coincided laser beams for ultrasonic sensing and generation. A laser Doppler vibrometer is used for sensing, while a diode pumped solid state (DPSS) Q-switched laser is used for generation of thermoelastic waves. A high-speed raster scanning of up to 10-kHz is achieved using a galvano-motorized mirror scanner that allows for coincided sensing and for the generation beam to perform two-dimensional scanning without causing any harm to the surface under inspection. This process allows for the visualization of longitudinal wave propagation through-the-thickness. A pulse-echo ultrasonic wave propagation imaging algorithm (PE-UWPI) is used for on-the-fly damage visualization of the structure. The presented system is very effective for high-speed, localized, non-contact, and non-destructive inspection of aerospace structures. The system is tested on an aluminum honeycomb sandwich with disbonds and a carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) honeycomb sandwich with a layer overlap. Inspection is performed at a 10-kHz scanning speed that takes 16 seconds to scan a $100{\times}100mm^2$ area with a scan interval of 0.25 mm. Finally, a comparison is presented between angular-scanning and a linear-scanning-based pulse-echo UPI system. The results show that the proposed system can successfully visualize defects in the inspected specimens.
Lee, Yeongjoo;Kim, Jeongseop;Lee, Jin Gang;Kim, Minkoo
한국건설관리학회논문집
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제25권2호
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pp.69-80
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2024
Currently rebar spacing inspection is carried out by human inspectors who heavily rely on their individual experience, lacking a guarantee of objectivity and accuracy in the inspection process. In addition, if incorrectly placed rebars are identified, the inspector need to correct them. Recently, laser scanning and AR technologies have been widely used because of their merits of measurement accuracy and visualization. This study proposes a technology for rebar spacing inspection and fixing by combining laser scanning and AR technology. First, scan data acquisition of rebar layers is performed and the raw scan data is processed. Second, AR-based visualization and fixing are performed by comparing the design model with the model generated from the scan data. To verify the developed technique, performance comparison test is conducted by comparing with existing drawing-based method in terms of inspection time, error detection rate, cognitive load, and situational awareness ability. It is found from the result of the experiment that the AR-based rebar inspection and fixing technology is faster than the drawing-based method, but there was no significant difference between the two groups in error identification rate, cognitive load, and situational awareness ability. Based on the experimental results, the proposed AR-based rebar spacing inspection and fixing technology is expected to be highly useful throughout the construction industry.
A rotational pulse-echo ultrasonic propagation imager that can inspect cylindrical specimens for material nondestructive evaluations is proposed herein. In this system, a laser-generated ultrasonic bulk wave is used for inspection, which enables a clear visualization of subsurface defects with a precise reproduction of the damage shape and size. The ultrasonic waves are generated by a Q-switched laser that impinges on the outer surface of the specimen walls. The generated waves travel through the walls and their echo is detected by a Laser Doppler Vibrometer (LDV) at the same point. To obtain the optimal Signal-to-Noise Ratio (SNR) of the measured signal, the LDV requires the sensed surface to be at a right angle to the laser beam and at a predefined constant standoff distance from the laser head. For flat specimens, these constraints can be easily satisfied by performing a raster scan using a dual-axis linear stage. However, this arrangement cannot be used for cylindrical specimens owing to their curved nature. To inspect the cylindrical specimens, a circular scan technology is newly proposed for pulse-echo laser ultrasound. A rotational stage is coupled with a single-axis linear stage to inspect the desired area of the specimen. This system arrangement ensures that the standoff distance and beam incidence angle are maintained while the cylindrical specimen is being inspected. This enables the inspection of a curved specimen while maintaining the optimal SNR. The measurement result is displayed in parallel with the on-going inspection. The inspection data used in scanning are mapped from rotational coordinates to linear coordinates for visualization and post-processing of results. A graphical user interface software is implemented in C++ using a QT framework and controls all the individual blocks of the system and implements the necessary image processing, scan calculations, data acquisition, signal processing and result visualization.
Laser scanners are getting used more and more in reverse engineering and inspection. For CNC-driven laser scanners, it is important to automate the scanning operations to improve the accuracy of capture point data and to reduce scanning time in industry. However, there are few research works on laser scan planning system. In addition, it is difficult to directly analyze multi-patched freeform models. In this paper, we propose an STL (Stereolithography) mesh based laser scan planning system for complex freeform surfaces. The scan planning system consists of three steps and it is assumed that the CAD model of the part exists. Firstly, the surface model is approximated into STL meshes. From the mesh model, normal vector of each node point is estimated. Second, scan directions and regions are determined through the region growing method. Also, scan paths are generated by calculating the minimum-bounding rectangle of points that can be scanned in each scan direction. Finally, the generated scan directions and paths are validated by checking optical constraints and the collision between the laser probe and the part to be scanned.
Using a line scan camera and a Galvano mirror, we constructed a high-speed line-scanning microscope that can generate 2D images ($8000{\times}8000pixels$) without any moving parts. The line scanner consists of a Galvano mirror and a cylindrical lens, which creates a line focus that sweeps over the sample. The measured resolutions in the x (perpendicular to line focus) and y (parallel to line focus) directions are both $2{\mu}m$, with a 2X scan lens and a 3X relay lens. This optical system is useful for measuring defects, such as spalling, chipping, delamination, etc., on the surface of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) holes after machining in conjunction with adjustments in the angle of LED lighting. Defects on the inner wall of holes are measured by line confocal laser scanning. This confocal method will be useful for analyzing defects after CFRP machining and for fast 3D image reconstruction.
The fabrication process of fiber placement system of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) requires real time process control and reliable inspection to ensure quality by preventing defects such as delamination and void. Therefore, novel non-contact inspection technique is required during the non-destructive evaluation in a fiber placement system. For the inspection of delamination in CFRP, various methods to receive laser-generated ultrasound were applied by using piezoelectric transducer, air-coupled transducer, wavelet transform and scanning laser ultrasonic technique. Laser-generated ultrasound was received with a conventional piezoelectric sensor in contacting manner. Then signal characteristics due to defects were analyzed to find a factor for detecting defects. Air-coupled transducer was used for reception of laser-generated guided wave using linear slit array in order to generate high frequency guided wave. And line scan technique was used to confirm the capability of on-line application. The high frequency component of laser-generated guided wave received with piezoelectric sensor disappeared after propagating through delamination region. Nevertheless, it was failed to receive high frequency guided wave in using air-coupled transducer. The first peak of the frequency spectrum under 100kHz in the delamination region is higher than in the sound region. By using this feature, the line scanned frequency data were acquired in fully non-contact generation and reception of ultrasound. This method was proved as useful technique for detecting delamination in CFRP.
본 연구에서는 곡면 복합재 구조물의 모서리에 위치한 결함을 검사하고 가시화하기 위해 제안된 레이저 초음파 기반 회전식 검사 기법을 소개한다. 모서리 부위에 결함이 위치한 L 형 복합재 구조물을 레이저 초음파 기반 회전식 검사 기법을 이용하여 검사하였다. L 형 시편은 층간분리 손상을 모사하기 위해 각기 다른 세 가지 깊이에 위치한 인공 결함을 포함하고 있다. 모든 인공 결함이 각각의 위치한 깊이에 따라 다른 시간대에 선명하게 탐지되었다. 검사결과는 제안된 방법이 어떠한 특별한 도구 없이도 곡면 복합재 구조물의 모서리 부위의 검사에 적합하다는 것을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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